Haben Astronomen den ersten Exomond entdeckt?

Extrasolarer Trabant: Astronomen könnten den ersten Mond um einen extrasolaren Planeten entdeckt haben. Der Exomond umkreist den rund 8.000 Lichtjahre entfernten Gasriesen Kepler 1625b und ist wahrscheinlich so groß wie der Planet Neptun. Erste Hinweise auf diesen Mond hatten die Forscher bereits im letzten Jahr in der Lichtkurve des Planeten entdeckt. Jetzt haben Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop den Verdacht erhärtet.

Ob Erde, Mars oder die großen Gasplaneten Jupiter, Saturn, Neptun und Uranus: In unserem Sonnensystem haben fast alle Planeten mindestens einen Mond. Astronomen vermuten daher schon länger, dass es auch extrasolare Planeten mit Trabanten geben muss. Sie könnten sogar lebensfreundliche Bedingungen bieten – ähnlich wie im Kinofilm „Avatar“ der Mond Pandora

Bisher allerdings haben Astronomen noch keinen Exomond nachgewiesen. Das Problem: Weil Monde oft viel kleiner sind als ihre Planeten, ist ihr Signal nur schwer aufzuspüren. Beim Transit von Planet und Mond vor ihrem Stern macht sich ein Mond nur als winzige Delle oder Unregelmäßigkeit in der Lichtkurve bemerkbar. Die Schwerkraftwirkung des Mondes auf Stern und Planet ist dagegen kaum vom „Störrauschen“ zu unterscheiden.

Ein erster Kandidat

Doch trotz dieser Schwierigkeiten hatten Alex Teachey und David Kipping von der Columbia University in New York schon im letzten Jahr einen vielversprechenden Exomond-Kandidaten im Visier: Daten des Weltraumteleskops Kepler sprachen dafür, dass der rund 8.000 Lichtjahre entfernte Exoplanet Kepler 1625b einen Trabanten besitzen könnte. „Wir sahen kleine Abweichungen und Schwankungen in der Lichtkurve, die unsere Aufmerksamkeit weckten“, berichtet Kipping.

Bei dem Exoplaneten handelt es sich um einen Gasriesen von der Größe des Jupiter, aber mit etwas größerer Masse, wie die Forscher berichten. Der Planet umkreist einen sonnenähnlichen Stern im Abstand von rund einer astronomischen Einheit. Planet und Mond könnte sich damit in der habitablen Zone dieses Sterns befinden – wenn es diesen Mond tatsächlich gibt.

Eine kleine zweite "Delle" in der Transit-Lichtkurve könnte von dem Mond stammen, der seinem Planetee folgt. © Dan Durda

Eine zweite „Delle“ in der Lichtkurve

Um das herauszufinden, haben Teachey und Kipping Beobachtungszeit am Hubble-Weltraumteleskop beantragt – und bekommen. 40 Stunden lang konnten sie den Transit des Planeten Kepler 1625b vor seinem Stern verfolgen und dabei von der hohen Auflösung der Hubble- Wide-Field-Kamera profitieren. Parallel dazu analysierten die Forscher noch einmal die Kepler-Daten und verglichen sie mit astrophysikalischen Modellen.

Das Ergebnis: Die Hubble-Beobachtungen bestätigten auffällige Abweichungen in der Lichtkurve des Exoplaneten. So zeigte sich rund 3,5 Stunden nach der von ihm verursachten Abdimmung des Sternenlichts eine zweite, schwächere „Delle“ in der Lichtkurve. „Das passt zu einem Mond, der seinem Planeten folgt wie ein Hund an der Leine“, erklärt Kipping. „Unglücklicherweise endete unsere Beobachtungszeit, bevor wir den kompletten Transit des Mondes aufzeichnen konnten.“

…und ein taumelnder Planet

Doch es gab noch ein Indiz in der Hubble-Lichtkurve: Kepler 1625b begann seinen Transit knapp 78 Minuten früher als aufgrund seiner Umlaufbahn zu erwarten wäre. „Solche Abweichungen in der Transitzeit gehören zu den Anzeichen, durch die sich Exomonde entdecken lassen“, erklären die Forscher. Denn die Schwerkraft des Mondes bringt auch den Planeten leicht ins Taumeln, so dass dieser mal vor und mal hinter der vorhergesagten Position steht. „Wenn eine extraterrestrische Zivilisation den Transit von Erde und Mond vor der Sonne beobachten würde, sähen sie ähnliche Anomalien in den Transitzeiten der Erde“, erklärt Kipping.

Allerdings: „Auch Störungen durch einen noch unentdeckten Planeten könnte für solche Schwankungen der Transitzeiten verantwortlich sein“, räumen die Astronomen ein. Deshalb haben sie mögliche Erklärungen für die beobachteten Auffälligkeiten in einem astrophysikalischen Modell durchgespielt. „Unser Job war es, einen kühlen Kopf zu bewahren und alle Wege auszutesten, durch die uns die Daten vielleicht in die Irre führen könnten“, sagt Teachey.

Ist das der erste Exomond?

Das Resultat: „Ein Begleitmond ist die einfachste und naheliegendste Erklärung für die zweite Delle in der Lichtkurve und die Abweichungen in der Umlaufzeit“, sagt Teachey. „Unsere Modelle mit einem Planeten plus Mond lagen in allen Testdurchgängen in puncto Wahrscheinlichkeit vorn.“ Demnach könnte der Planet Kepler 1625b einen neptungroßen Trabanten besitzen, der ihn auf einer um 45 Grad gekippten Umlaufbahn umkreist.

Der Exomond hat den Berechnungen nach rund 1,5 Prozent der Masse seines Planeten – das entspricht fast dem Massenverhältnis von Erde und Mond, wie die Forscher erklären. Im Gegensatz zum Erdmond ist der Trabant von Kepler 1625b allerdings kein steiniger Himmelskörper mit fester Kruste, sondern vorwiegend gasförmig. „Er ist daher vermutlich für Leben, wie es kennen, eher ungeeignet“, sagt Kipping.

Sollten sich die Ergebnisse der Astronomen bestätigen, wäre Kepler 1625b-i der erste außerhalb unseres Sonnensystems nachgewiesene Mond. Die Forscher wollen nun weitere Beobachtungszeit am Hubble-Teleskop beantragen, um dies weiter zu erhärten. „Gelingt dies, dann könnte uns dieses System wertvolle Informationen über die Entwicklung planetarer Systeme und die Bildung von Monden liefern“, sagt Kipping. (Science Advances, 2018; doi: 10.1126/sciadv.aav1784)

(Columbia University, 04.10.2018 – NPO)